工作记忆在推理、决策、控制和执行等高级认知功能中发挥关键作用。工作记忆的神经动力学机制是领域内长期的研究热点，研究人员先后提出了NMDA支撑的持续放电、神经振荡、短时程突触可塑支持的沉默记忆以及短时阵发性振荡（Gamma/Beta burst）等机制。但是都无法通过一个机制实现同时呈现或序列呈现信息的工作记忆任务，也没有揭示Gamma频段振荡在工作记忆中显著增强的机制。

美国神经科学学会主办期刊eNeuro最近发表了王大辉课题组的相关研究 “Gamma and Beta Band Oscillation in Working Memory given Sequential or Concurrent Multiple Items: A Spiking Network Model”。该工作建立了由两房室锥体细胞(Pyramidal cells:Pyr)、高阈值快发放(High-threshold fast-spiking:FS)、低阈值慢发放(Low-threshold non-fast-spiking:nFS）中间神经元构成的放电神经网络模型。由于模型中神经元具有偏好特性，该模型支持同时呈现和序列呈现信息的工作记忆任务。模型显示：在刺激呈现前网络主要依靠Pyr和nFS的相互作用产生Beta频段的振荡，在刺激呈现后，Pyr活动增强激发FS的活动，Pyr和FS之间的相互作用产生Gamma频段振荡，而FS抑制nFS的活动导致Beta振荡减弱，体现了nFS在无任务时为网络提供基础性的抑制作用而在工作状态时依靠FS来控制信息流动的分工机制。该模型结果和此前关于小鼠初级视皮层中SOM和PV神经元参与调节视觉刺激诱发的Beta和Gamma振荡的实验结果相符。

Pyr、FS和nFS根据偏好角度均匀的排布成圆环，根据细胞在圆环上的位置建立循环兴奋性、抑制性连接，相近位置的神经元连接更强。同时呈现刺激时，模型通过引发独立的可持续局部振荡活动“oscillatory activity bump”保存每一个刺激的信息；序列呈现刺激时，新的刺激在新的偏好方向引发局部持续振荡，保存序列呈现的信息。各个刺激引起的局部持续活动之间具有相互竞争的作用。在持续活动过程中，局部场电位表现出Gamma和Beta振荡共存的特点。在刺激的非偏好方向，低阈值nFS细胞和兴奋性Pyr细胞形成Beta振荡，在刺激呈现的偏好方向，高阈值的FS细胞被激活并和兴奋性Pyr细胞形成Gamma振荡。Gamma 振荡强度随工作记忆负荷增加而增强，揭示工作记忆中Gamma burst和Beta burst共存的机制。

该工作受到国家自然科学基金(No.32171094)和国家重点研发计划(2019YFA0709503)支持。共同一作是bevictor伟德官网博士生赵书阔和路易斯安那大学博士生周金菩，通讯作者是王大辉教授。

文章信息：Zhao, S., Zhou, J., Zhang, Y., & Wang, D. H. (2023). γ And β Band Oscillation in Working Memory Given Sequential or Concurrent Multiple Items: A Spiking Network Model. eNeuro, 10(11). https://doi.org/10.1523/ENEURO.0373-22.2023

供稿：王大辉

编辑：郝林青

审核：王大辉